在我国西部及丘陵地区，随着交通基础设施和城市开发的大规模推进，高填方工程数量持续增长，其边坡安全问题日益受到关注。加筋土挡墙因其结构灵活、施工便捷、造价适中，已成为高填方边坡加固与支挡的重要方式。工程实践表明，加筋材料与土体之间的相互作用不仅影响结构整体受力特性，也直接关系到其滑移稳定性与破坏模式。界面剪切特性作为衡量加筋体与土体协同工作的关键参数，其受多种因素影响，表现出复杂的非线性行为，因此有必要在实验与模拟基础上开展深入系统研究。

一、界面剪切特性试验设计与方法

（一）试验装置与流程

为获取加筋材料与填土之间的真实剪切特性，选用自主设计的大型直剪试验装置，剪切盒尺寸为300 mm × 300 mm，最大法向压力为300 kPa，适用于高填方工程模拟。试验过程分为加筋材料与填料准备、分层填筑、施加法向应力、剪切加载四个阶段。剪切速率控制在1 mm/min，以确保应力发展过程的准确记录。填料采用中粗砂和粉质粘土两类，前者颗粒均匀、摩阻性强，后者黏性显著、易产生界面黏聚力。试验中填料按95%、97%、100%干密度控制，通过重锤夯实成型，并利用核子密度仪进行实测校验。

（二）加筋材料类型与界面组合设置

加筋材料分别选用聚酯单向土工格栅（拉伸强度40 kN/m）、钢塑复合带（宽度40 mm，屈服强度600 MPa）和玻璃纤维格栅（网孔尺寸25 mm × 25 mm），以反映柔性、半刚性和刚性材料在剪切性能方面的差异。各加筋材料均裁切为250 mm × 250 mm试件并按实际铺设方式与填土界面接触。每组试验均重复3次以保证结果稳定性，法向应力设置为50 kPa、100 kPa、200 kPa、300 kPa四级，以模拟不同填方厚度下的荷载条件。

（三）界面状态变量与控制参数

含水率作为关键变量控制在8%、12%、16%三个级别，分别对应干燥、最优及略湿状态。干密度通过控制夯实能量调整，分别设定为1.55 g/cm³、1.65 g/cm³和1.75 g/cm³，以分析压实度变化对剪切特性的影响。剪切过程中记录剪应力–位移曲线、峰值剪切应力、残余剪应力，并计算界面摩阻角（φi）和黏聚力（ci）等参数。采用Coulomb剪切准则进行强度拟合，结果用于后续数值模型参数输入。

二、界面剪切特性分析与影响因素探讨

（一）加筋材料类型对界面剪切性能的影响

试验结果表明，钢塑复合带与填料间的界面表现出更高的抗剪强度，峰值剪应力普遍较其他材料高出12%～25%，主要由于其刚度较大，界面应力传递更充分。聚酯格栅虽具较好延展性，但在高法向应力下易产生剥离破坏，表现出峰值强度较高但残余强度下降明显的特征。玻纤格栅因表面光滑，摩阻特性最弱，界面破坏模式以滑移为主^[1]。其中，钢塑带-中粗砂组合界面的φi高达34.6°，ci为15.2 kPa，而玻纤格栅-粉质粘土界面φi仅为22.1°，ci不足6.5 kPa。材料类型与表面粗糙度、刚度性能密切相关，对界面性能控制作用显著。

（二）填料干密度与含水率的耦合效应

界面剪切强度随干密度提升而显著增强。在干密度为1.75 g/cm³的试样中，界面黏聚力提升约40%，摩阻角平均提升7°以上。高密实度填土对加筋体形成更强的包裹与嵌固效应，增强界面协同工作能力。含水率对界面摩阻特性呈现非线性影响。在12%最优含水率状态下，填土结构紧密且保持一定润滑性，界面摩阻角与黏聚力达到最佳；当含水率升至16%，界面发生局部软化，剪切强度显著降低，特别是与粉质黏土组合的界面，出现明显滑移带。

（三）法向应力对界面响应的调控作用

界面剪应力随法向应力增大而近似线性增长，但增长速率在高应力区趋缓^[2]。钢塑复合带在200 kPa法向应力作用下的剪切强度为92.4 kPa，增长率为38%，但进一步增至300 kPa时仅提升至103.6 kPa，增长幅度明显减小，说明界面逐步趋于破坏极限。柔性加筋材料在高应力下易产生拉伸–滑移耦合破坏，界面表现出应力–位移曲线的软化趋势，极限位移值可达9.5 mm以上，而刚性材料则表现出更稳定的残余强度与位移控制效果。

（四）界面破坏模式及微结构分析

通过剪切后界面观察与XCT扫描图像分析发现，强界面组合形成密实的嵌入结构，剪切带宽度较窄，滑移面局限于界面附近；弱界面组合则形成明显的双滑移带结构，剪切带宽度超过15 mm，部分区域出现土颗粒重新排列。强界面破坏表现为加筋体拔出模式，弱界面则以滑移剥离为主，具有明显的强度退化趋势。界面粗糙度与加筋体表面特征是控制破坏模式的关键参数。

三、数值模拟与工程应用建议

（一）数值模型构建与验证

采用FLAC3D建立三维加筋土挡墙结构模型，模型尺寸为10 m × 6 m × 6 m，填土采用Mohr-Coulomb本构模型，加筋体采用线性弹性–理想塑性模型，模拟其拉拔与滑移响应。界面设置为接触面元素，输入参数基于室内试验拟合结果，考虑剪切强度包线、剪胀角、黏聚强度及法向刚度等因素。通过与试验中加载曲线对比，模拟界面峰值剪应力误差控制在±7%以内，验证了模型的可靠性与适用性。

（二）界面参数敏感性分析

在数值模拟的参数敏感性分析中，界面摩阻角（φ）和黏聚力（ci）被识别为影响挡墙结构稳定性的关键参数。模拟结果显示，当摩阻角由28°增加至34°时，挡墙的整体滑移安全系数提高了约0.22，表现出较强的正向相关性。相对而言，当界面黏聚力由15 kPa降低至10 kPa时，潜在滑动面扩展范围增加了约17%，局部剪应区的深度与宽度均有明显增大。由此可见，界面参数对挡墙变形特征和破坏模式具有显著调控作用。工程实践中应优先保证填料压实度达到设计标准，同时选用表面粗糙度较高、抗老化性能优良的加筋材料，避免采用包覆光滑膜层或高分子涂层的产品，以增强界面摩阻性能^[3]。

（三）工程设计建议与实践应用

结合试验与模拟结果，对高填方边坡加筋土挡墙的工程设计提出以下建议：材料方面，应优先选择钢塑复合带、涂覆型高模量聚酯格栅等具备高拉伸强度（≥40 kN/m）与良好界面结合性能的加筋材料；填土宜选用天然中粗砂或含一定黏性的砂质壤土，其最优干密度应不低于1.65 g/cm³，含水率应控制在最优含水率±2%范围内，确保良好的压实度和摩阻特性。加筋层水平间距建议控制在0.4–0.6 m之间，高度方向上每隔2 m设置一层加强带，加大其抗滑稳定储备系数。此外，对于填方高度超过8 m、临近建筑物或构筑物基础的工程，应在潜在滑移区布设界面变形监测装置，如分布式光纤光栅应变计或MEMS位移传感器网络，实现24小时在线数据采集与预警机制。根据监测数据对加筋层长度、锚固区深度与填料压实工艺进行实时修正，提升整体结构的长期运行安全性与可控性。

总结：通过室内直剪试验与数值模拟分析，本文系统揭示了加筋材料类型、填土状态及法向应力对界面剪切性能的影响规律。研究表明，刚性材料与高密实度填土组合界面具有更优的抗剪性能，摩阻角与黏聚力对挡墙稳定性影响显著。相关成果为高填方边坡加筋结构的设计参数选取与施工控制提供了理论依据与技术支持，并为复杂地质条件下的边坡稳定性分析提供了可行的工程参考路径。

参考文献

[1]秦昌乐.山区高填方边坡格宾加筋土挡墙动力响应研究[D].兰州交通大学2024.001718.

[2]张子东,任鹏,唐印,等.某高填方边坡加筋土挡墙失稳破坏机理研究[J].四川建筑科学研究,2022,48(03):63-70+85.

[3]郑可可.泥岩填料高边坡加筋土挡墙的变形机理研究[D].安徽理工大学,2024.001068.